1 amu = 1,66 10 g. m m = = 1 amu

Transcript

1 Η µονάδα ατοµικής µάζας (Μ.Α.Μ. ή a..u. atoic ass unit) είναι η µονάδα µέτρησης της µάζας των ατόµων και ισούταιµετο 1/12τηςµάζαςτουπυρήνατουισοτόπου 12 C. Παλιότερα για µονάδα ατοµικής µάζας χρησιµοποιούσαν τη µάζα ενός ατόµου υδρογόνου (19 ος αιώνας) ή το 1/16 της µάζας του ατόµου του οξυγόνου (1904). Ο σηµερινός ορισµός της Μ.Α.Μ. καθιερώθηκε από την I.U.P..C. το au 1,66 10 g Ονοµάζουµε σχετική ατοµική µάζα (παλαιότερα λέγαµε ατοµικό βάρος) ενός στοιχείου τον καθαρό αριθµό που µας δείχνει πόσες φορές µεγαλύτερη είναι η µάζα του ατόµου του στοιχείου από την µονάδα ατοµικής µάζας. Έτσι για παράδειγµα όταν λέµε ότι η σχετική ατοµική µάζα τουνατρίουείναι 23εννοούµεότιτοάτοµοτουνατρίουέχει µάζα 23 φορές µεγαλύτερη από την Μ.Α.Μ. ή από το 1/12 τηςµάζαςτουπυρήνατουισοτόπου 12 C. ατοµου ατοµου 1 12 ατοµου C 1 au 12 1

2 Ονοµάζουµε σχετικήµοριακή µάζα (παλαιότεραλέγαµε µοριακό βάρος) ενός στοιχείου ή µιας χηµικής ένωσης τον καθαρό αριθµό που µας δείχνει πόσες φορές µεγαλύτερη είναιηµάζατουµορίουτουστοιχείου ήτηςχηµικήςένωσης από την µονάδα ατοµικής µάζας. Έτσι για παράδειγµα όταν λέµε ότι η σχετική µοριακή µάζα τουνερούείναι 18εννοούµεότιτοµόριοτουνερούέχειµάζα 18 φορές µεγαλύτερη από την Μ.Α.Μ. ή από το 1/12 της µάζαςτουπυρήνατουισοτόπου 12 C. µοριου µοριου 1 12 µοριου C 1 au 12 Για να υπολογίσουµε την σχετική µοριακή µάζα θα πρέπει να γνωρίζουµε τον µοριακό τύπο της ένωσης καθώς και τις σχετικές ατοµικές µάζες των στοιχείων που αποτελούν την χηµική ένωση. Για παράδειγµα ας υποθέσουµε ότι θέλουµε να υπολογίσουµε την σχετική µοριακή µάζα του θειϊκού οξέος. Οµοριακόςτουτύποςείναι H 2 SO 4 ενώοισχετικέςατοµικές µάζες υδρογόνου (H), θείου (S) και οξυγόνου (O) είναι αντίστοιχα 1, 32και 16. (H 2 SO 4 ) Εποµένως το µόριο του θεϊκού οξέος έχει 98 φορές µεγαλύτερη µάζα από την Μ.Α.Μ. 2

3 Η έννοια της σχετικής µοριακής µάζας επεκτείνεται και στις ιοντικές ενώσεις παρ όλο που σ αυτές δεν υπάρχουν µόρια. Στην περίπτωση αυτή χαρακτηρίζεται σχετική τυπική µάζα ή τυπικό βάρος. Για παράδειγµα ας υποθέσουµε ότι θέλουµε να υπολογίσουµε την σχετική «µοριακή» µάζα του νιτρικού καλίου.ο«µοριακός»τουτύποςείναι KO 3 ενώοισχετικές ατοµικές µάζες καλίου (K), αζώτου () και οξυγόνου (O) είναι αντίστοιχα 39, 14 και 16. (KO 3 ) Εποµένως το «µόριο» του νιτρικού καλίου έχει 101 φορές µεγαλύτερη µάζα από την Μ.Α.Μ. ole είναι µια ποσότητα ύλης που περιέχει διακεκριµένα σωµατίδια (όπου ο αριθµός του vogadoδηλ. 6, ).Τασωµατίδιαµπορείνα είναιµόρια,άτοµα,ιόντακ.λ.π. 3

4 Η µάζα σε g ενός ol µορίων είναι αριθµητικά ίση µε την σχετική µοριακή µάζα (και ονοµαζόταν παλιότερα γραµµοµόριο). Αντίστοιχαηµάζασε gενός olατόµωνείναιαριθµητικάίση µε την σχετική ατοµική µάζα (και ονοµαζόταν παλιότερα γραµµοάτοµο). Επίσης παλαιότερα χρησιµοποιούσαµε και την έννοια γραµµοϊόν δηλαδή την µάζα ενός ol ιόντων. Για παράδειγµα 1 ol µορίων θειϊκού οξέος (H 2 SO 4 ) θα ζυγίζειόσοησχετικήµοριακήτουµάζαδηλαδή 98 g. Ίσοι όγκοι αερίων ή ατµών, στις ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης, περιέχουν τον ίδιο αριθµό µορίων. Ισχύει και το αντίστροφο, δηλαδή ίσοι αριθµοί µορίων ή ατµών που βρίσκονται στις ίδιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης καταλαµβάνουν τον ίδιο όγκο. Αν 1 2 (στιςίδιεςσυνθήκες Pκαι T)τότε 1 2 ή Αν 1 2 (στιςίδιεςσυνθήκες Pκαι T)τότε 1 2 ΌπουΝ 1 καιν 2 τοπλήθοςτωνµορίωντωνδύοαερίωνκαι 1 και 2 οιόγκοιτωνδύοαερίων. 4

5 Είναι ο όγκος που καταλαµβάνει ένα ol οποιουδήποτε αερίου κάτω από κάποιες συνθήκες θερµοκρασίας και πίεσης. Όταν οι συνθήκες αυτές είναι κανονικές ή πρότυπες (S.T.P.) δηλ. πίεση µία ατµόσφαιρα (1 at) και θερµοκρασία 273βαθµοί Kelvin (273 o Kή0 o C )ογραµµοµοριακόςόγκος είναι 22,4 L. Αν οι συνθήκες δεν είναι πρότυπες τότε µπορούµε να υπολογίσουµε τον γραµµοµοριακό όγκο από τον τύπο: P Η µάζα των σωµάτων που συµµετέχουν στα χηµικά φαινόµενα εκφράζεται συνήθως σε γραµµάρια (g ή g) ενώ ο όγκος σε κυβικάεκατοστά (c 3 ή L).Τοφυσικόµέγεθοςπουσυνδέει µάζακαιόγκοενόςσώµατοςείναιηαπόλυτηπυκνότητα (dή ρ)πουδίνεταιαπότηνσχέση: d d Οι µονάδες της πυκνότητας είναι συνήθως g/l. Γνωρίζοντας δύο από τα τρία µεγέθη της παραπάνω σχέσης µπορούµε να υπολογίσουµε το τρίτο. Οιπαραπάνωσχέσειςισχύουνβέβαιαγιαόλατασώµατα : Στερεά, Υγρά και Αέρια. d 5

6 Για να υπολογίζουµε τον αριθµό (ή πλήθος) των oles (που συνήθως παριστάνεται µε το γράµµα η) µπορούµε να χρησιµοποιούµε τους ακόλουθους τύπους που προέρχονται από την εφαρµογή αναλογιών (απλή µέθοδος των τριών): 1) Όταν γνωρίζουµε την µάζα: n n n Ισχύει για όλα τα σώµατα: Στερεά, Υγρά, Αέρια 2) Όταν γνωρίζουµε τον αριθµό µορίων (): n n όπουν οαριθµός vogado Ισχύει για όλα τα σώµατα: Στερεά, Υγρά, Αέρια 3) Όταν πρόκειται για αέρια σώµαταπου ξέρουµε τον όγκο τους: n n Το παριστάνει τονγραµµοµοριακό όγκοστις συνθήκες του προβλήµατος. Αν οι συνθήκες είναι κανονικές (πρότυπες S.T.P.) τότε ισούται µε 22,4 λίτρα. n 6

7 Κανονικές συνθήκες : P1 at (760 Hg) και T273 o K ή 0 ο C n n 22,4 22,4 Αν οι συνθήκες δεν είναι κανονικές τότε ο γραµµοµοριακός όγκος υπολογίζεται από την σχέση : P n P 1 P Όγκος σε lit Μάζα σε g Αριθµός ol n Όταν ακολουθούµε ένα βέλος σύµφωνα µε την φορά του κάνουµε πολλαπλασιασµό µε το κίτρινο µέγεθος, ενώ όταν το ακολουθούµε κατά την αντίθετη φορά κάνουµε διαίρεση. Αριθµός µορίων Ν Ατοµικότητα ή είκτης Αριθµός ατόµων 7

8 P n Η σχέση αυτή συνδέει τα τέσσερα φυσικά µεγέθη που περιγράφουν πλήρως την κατάσταση ενός αερίου. Τα µεγέθη αυτά είναι η πίεση (P), ο όγκος (), η θερµοκρασία (T) και η ποσότητα του αερίου σε ol (n). Το R είναι µια σταθερά που ονοµάζεται παγκόσµια σταθερά των ιδανικών αερίων. Είναι προφανές ότι αν γνωρίζουµε τα τρία από τα τέσσερα µεγέθη µπορούµε να υπολογίσουµε το τέταρτο επιλύοντας τον παραπάνω τύπο. P n P η πίεση του αερίου µετριέται σε ατµόσφαιρες at ο όγκος του αερίου µετριέται σε λίτρα L n το πλήθος των ol του αερίου T η θερµοκρασία σε βαθµούς Kelvin Τ θ R παγκόσµια σταθερά των αερίων ίση µε 0,082 lit.at/ol.gad 8

9 P n P P d d P P P n P P Όπως φαίνεται από τις παραπάνω σχέσεις µπορούµε να υπολογίσουµε την σχετική µοριακή µάζα και τον αριθµό µορίων ενός αερίου χρησιµοποιώντας µακροσκοπικά δεδοµένα. Ας υποθέσουµε ότι µια ποσότητα ενός αερίου µεταβαίνει από µια αρχική κατάσταση 1 σε µια τελική κατάσταση 2. Και στις δύο καταστάσεις ισχύει η καταστατική εξίσωση. P n P n ιαιρώντας κατά µέλη τις δύο καταστατικές έχουµε: P n P T P P P n P T T T

10 Τ 1 Τ P P P T P T P 1 P 2 T T